3'20" 읽기
- 드레스덴에 있는 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소(MPI-CBG)와 복잡계 물리학을 위한 MPI(MPI-PKS), 비엔나에 있는 분자 병리학 연구소(IMP)의 과학자들은 처음으로 장기 발달의 성장 크기를 측정하고 정의했다.

장기 발달 측정

드레스덴과 비엔나의 연구팀은 3차원 조직 구조의 연결과 구조 발달 사이의 연관성을 발견했다. 이를 통해 인간 장기를 모방한 자가 조직화 조직을 개발할 수 있다.

인체의 기관은 유체로 채워진 혈관과 루프의 복잡한 네트워크로 구성된다. 모양도 다르고 3차원 구조도 장기에 따라 다르게 연결돼 있다. 배아가 발달함에 따라 기관은 단순한 세포 그룹에서 모양과 조직 구조를 구성한다. 지금까지 장기 발달 중에 형태와 복잡한 조직 네트워크가 어떻게 발생하는지 연구하기 위한 개념과 도구가 부족했다.  

▲ 비장의 위치와 내부 구조 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Illu_spleen.jpg

드레스덴에 있는 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소(MPI-CBG)와 복잡계 물리학을 위한 MPI(MPI-PKS), 비엔나에 있는 분자 병리학 연구소(IMP)의 과학자들은 이제 처음으로 장기 발달의 성장 크기를 측정하고 정의했다. 이 연구는 오가노이드(소형 기관) 분야를 공학 분야로 전환하고 인간 발달을 위한 모델 시스템을 개발하는 데 필요한 도구를 제공한다.

유기체의 발달에는 세포의 복잡한 상호 작용이 필요하다. 기관마다 기하학적 모양이 다르고 3차원 구조가 다르게 연결돼 있어 기관의 체액으로 채워진 혈관과 루프의 기능을 결정한다. 이에 대한 예는 효율적인 혈액 여과를 지원하는 신장의 분기 네트워크 아키텍처이다.

살아있는 시스템에서 배아 발달을 관찰하는 것은 어렵다. 따라서 유체로 채워진 용기 및 루프의 네트워크가 어떻게 진화하는지 설명하는 개념이 거의 없다. 이전 연구에서는 유기체가 발달하는 동안 세포 역학이 어떻게 국부적인 모양 변화를 유도하는지 보여주었다. 그러나 조직 간의 연결이 어떻게 이루어지는지는 명확하지 않다.

Keisuke Ishihara 연구원은 이미징 기술과 이론을 결합하여 MPI-CBG 및 MPI-PKS의 Jan Brugués 그룹에서 이 질문에 대해 처음으로 작업했다. 그는 나중에 IMP의 Elly Tanaka 그룹에서 작업을 계속했다. Keisuke는 MPI-PKS의 Frank Jülicher 그룹에서 일했던 그의 동료 Arghyadip Mukherjee와 Jan Brugués와 함께 복잡한 상피 네트워크를 형성하는 생쥐 배아 줄기세포의 오가노이드로 작업했다. 이들은 장기를 감싸고 종종 장벽 역할을 하는 조직이다.

"일부 오가노이드가 여러 개의 싹이 있는 조직으로 변형되었다는 것을 깨달았던 흥미진진한 순간을 아직도 기억한다. 그들은 포도송이를 닮았다. 그러나 개발 과정에서 3차원 구조의 변화를 설명하는 것은 여전히 ​​어려웠다”고 Keisuke는 회상하며 다음과 같이 덧붙였다. "나는 이 오가노이드 시스템이 구멍이 있는 장난감 공을 연상시키는 많은 루프 또는 개구부가 있는 놀라운 내부 구조를 생성한다는 것을 발견했다."

오가노이드에서 조직 발달을 연구하는 데는 많은 이점이 있다. 전체 유기체와 달리 오가노이드는 고급 현미경 기술로 관찰할 수 있어 조직 내 깊은 곳의 동적 변화를 드러낸다. 또한 수많은 오가노이드를 만들고 환경을 제어하여 개발 과정에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 연구원들은 상피의 모양, 수 및 교차 결합을 연구할 수 있었다. 그들은 시간이 지남에 따라 오가노이드 내부 구조의 변화를 관찰했다.

Keisuke는 계속해서 "우리는 조직의 연결이 두 가지 다른 프로세스에 의해 형성된다는 것을 발견했다. 두 개의 개별 상피 융합 또는 단일 상피가 두 끝을 서로 연결하여 자체 융합하여 도넛 모양의 고리를 형성하는 것이다." 표면 이론에 따르면, 연구자들은 상피의 경직성이 상피 융합을 제어하는 ​​핵심 매개변수이며 따라서 조직 가교의 발달을 의심한다.

이 연구를 이끈 Jan Brugues, Frank Jülicher 및 Elly Tanaka는 "우리는 우리의 결과가 장기 발달에서 복잡한 조직 구조와 모양 및 네트워크 연결의 상호 작용에 대한 새로운 관점으로 이어지기를 바란다. 우리의 연구는 오가노이드를 연구하고 더욱 발전시키는 데 도움이 될 것이다. 우리는 또한 세포 요인이 장기 발달에 어떻게 영향을 미치는지 보여준다. 이것은 조직 원리에 관심이 있는 발달 세포 생물학자들에게 흥미 있는 것이다”고 결론을 내렸다.

출처 : Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]